2022年11月17日，美國半導體協(xié)會（SIA）發(fā)布年度報告，研究了美國半導體行業(yè)當前的發(fā)展現(xiàn)狀以及面臨的重大挑戰(zhàn)。報告指出，2022年全球半導體出貨量有望突破歷史最高記錄，美國半導體公司繼續(xù)將大約五分之一的年收入投資于研發(fā)活動——2021年達到創(chuàng)紀錄的502億美元，美國頒布了具有里程碑意義的《芯片與科學法案》。但是，美國半導體行業(yè)仍然面臨重大挑戰(zhàn)，如：全球半導體銷售增長在今年下半年大幅放緩、中美緊張關系繼續(xù)影響全球供應鏈、美國其他重大政策挑戰(zhàn)如制定政策保持美國在半導體設計方面的領先地位等依然存在。

一、《芯片與科學法案》激勵計劃及影響

為了應對新冠疫情、全球半導體供應鏈中斷和地緣政治緊張局勢等挑戰(zhàn)，拜登總統(tǒng)于2022年8月9日簽署《芯片和科學法案》，提供了關鍵的半導體制造激勵措施和研發(fā)投資?！缎酒c科學法案》吸引了美國政府和商界領袖的注意力，促成了建設晶圓廠和其他設施的新承諾?！缎酒c科學法案》將通過創(chuàng)造就業(yè)機會和經(jīng)濟投資改變國家的未來。

（一）重塑美國半導體制造供應鏈

芯片激勵計劃?！缎酒涂茖W法案》的基石是一項390億美元的制造業(yè)激勵計劃，由美國商務部管理，旨在通過一系列廣泛技術投資來振興美國芯片制造生態(tài)系統(tǒng)，支持范圍從大型先進晶圓廠到研發(fā)項目，技術涉及成熟和先進芯片、新技術和專用技術、制造設備和供應材料。《芯片與科學法案》還為先進制造業(yè)設立了25%的投資稅收抵免，由美國財政部實施，作為制造業(yè)激勵計劃的補充，以共同縮小美國投資和海外投資之間的成本差距。

芯片研發(fā)項目。《芯片與科學法案》將投資130億美元用于半導體研發(fā)，設立了國家半導體技術中心、國家先進封裝制造計劃、美國制造業(yè)研究所、芯片國防基金、計量研發(fā)等項目。這些項目旨在完善半導體創(chuàng)新生態(tài)，促進政府、產(chǎn)業(yè)界、學術界和其他利益相關方之間的合作，為長期創(chuàng)新提供了資金，并有助于培養(yǎng)半導體行業(yè)未來創(chuàng)新所需的科學家和工程師。

《芯片法案》已產(chǎn)生的影響。自2020年6月《芯片法案》最初出臺以來，半導體企業(yè)已宣布了數(shù)十個項目，以提高美國的制造能力，擴大國內(nèi)半導體價值鏈。隨著《芯片法案》的全面實施，預計未來幾年還會有更多的項目。目前已公告了46個新的半導體生態(tài)系統(tǒng)項目，美國公司研發(fā)投資總額超過1800億美元，將創(chuàng)造超過20萬的就業(yè)崗位，包括在12個州新建的15個晶圓廠和擴建的9個晶圓廠以及在半導體材料、化學品、氣體、晶圓等方面的大量投資。

（二）加強美國半導體勞動力

為了充分實現(xiàn)《芯片與科學法案》的承諾和機會，美國必須擁有一支強大的半導體勞動力隊伍?！缎酒ò浮钒藙趧恿Πl(fā)展措施（作為制造業(yè)激勵計劃和研發(fā)項目的一部分），以及美國國家科學基金會設立的2億美元勞動力和教育基金。這些項目對于確保半導體行業(yè)擁有熟練的勞動力以滿足短期和長期的廣泛需求至關重要。

為了強化半導體勞動力隊伍，美國需要提供額外的K-12 STEM教育資金，鼓勵美國年輕人選擇STEM相關職業(yè)。這需要政府、產(chǎn)業(yè)界、教育界和其他利益相關方共同努力，在課程開發(fā)、擴大學徒制、增加職業(yè)和社區(qū)學院半導體項目、提高高等教育研究獎學金資助和人才項目等方面做出貢獻。

為了提升競爭力，美國必須獲得來自世界各地的最優(yōu)秀、最聰明的人才。美國還應該增加獲得國際STEM人才的機會，特別是從美國高校獲得STEM學位的外國研究生。在美國大學獲得高等學位的STEM畢業(yè)生中，有三分之二是外國人，美國需要留住這些人才，而不是迫使他們歸國。改善STEM碩博士的綠卡發(fā)放限制將對美國半導體行業(yè)產(chǎn)生革命性影響。國會應該采取行動，永久性地改革和改善現(xiàn)有移民制度，為半導體行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展引進和留住國際人才。

二、確保美國半導體設計的領先地位

雖然《芯片與科學法案》為解決美國制造供應鏈中的關鍵缺口和脆弱性提供了重要激勵措施，但也必須對芯片設計采取直接措施來保持美國在該領域的領導地位。

芯片設計是制造過程的第一步，芯片設計的創(chuàng)新對半導體技術的未來發(fā)展至關重要。美國半導體公司在全球芯片設計行業(yè)處于領先地位，美國在全球設計勞動力中所占份額最大：2021年，全球約有18.7萬名半導體設計工程師，其中9.4萬名服務于總部位于美國的半導體公司。

但是，美國持續(xù)保持半導體設計領導地位尚存在不確定性。除了設計成本不斷上升、技能人才短缺以及全球市場準入壓力日益增大之外，國際競爭愈發(fā)激烈。國際競爭對手認識到芯片設計的戰(zhàn)略重要性，正在大力投資建設其國內(nèi)半導體設計能力。中國大陸地區(qū)、韓國、中國臺灣地區(qū)、歐盟、日本和印度已承諾新增數(shù)十億美元的芯片設計投資，包括提供高達50%的芯片設計投資稅收抵免。如果不采取行動確保美國在設計和研發(fā)方面的競爭力，美國在全球銷售收入中的市場份額預計將從2021年的46%下降到2030年的36%（見圖1），而同期中國大陸地區(qū)的市場份額預計將從9%飆升到23%。

為保持美國在半導體設計方面的領導地位，SIA敦促國會采取全面、綜合的戰(zhàn)略，具體行動包括：（1）對先進半導體設計提供25%的投資稅收抵免，與《芯片法案》中包含的制造抵免相當；（2）高技能移民改革，確保獲得頂尖科學和工程人才；（3）在減稅政策方面，恢復研發(fā)支出的全額扣除。                                               

圖1 主要國家/地區(qū)半導體設計市場份額分布（按公司總部所在地）

三、半導體驅(qū)動不同領域創(chuàng)新

半導體對許多相關領域的新興技術都有重大影響，如人工智能、高性能計算、自主系統(tǒng)和機器人。

半導體也在驅(qū)動一些可能不那么直接的領域，如生命科學。半導體創(chuàng)新可以在許多方面幫助解鎖新的生命科學技術。例如，提供生物和制藥模擬的強大計算資源，幫助大幅降低和縮短藥物開發(fā)的成本和時間線?，F(xiàn)代醫(yī)療設備是另一類依賴先進半導體的生命科學技術，包括用于健康監(jiān)測的可穿戴傳感器、醫(yī)療機器人、用于高分辨率超聲的先進成像技術、腦機接口技術和用于創(chuàng)傷干預的植入式設備。這些技術可能依賴先進半導體來協(xié)助數(shù)據(jù)收集和處理，以獲得可操作的反饋，或幫助在體內(nèi)導航以進行精準治療?？紤]到與芯片-生物接口相關的挑戰(zhàn)，這類設備通常有獨特的封裝需求，仍然需要大量的材料和封裝方面的研究來設計制造高性能醫(yī)療設備，以減少炎癥反應和設備污染。

四、全球半導體市場概況

全球芯片短缺及產(chǎn)業(yè)應對。雖然芯片短缺和新冠疫情影響在2022年開始緩解，但預計未來十年，半導體需求將持續(xù)增長。全球半導體行業(yè)正計劃通過創(chuàng)紀錄的制造和研發(fā)投資來滿足這一預期的市場增長。從2020年到2022年底，全球晶圓廠產(chǎn)能預計將增長30%，并在2023年增長更高。2022年，全球半導體行業(yè)資本支出繼續(xù)加大、超過1660億美元，以滿足芯片的長期需求。

全球半導體市場持續(xù)增長。在過去30年里，半導體行業(yè)經(jīng)歷了快速增長，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟影響。由于新冠疫情導致的需求增加，2021年全球半導體市場增長強勁。繼2020年達到4404億美元銷售額后，2021年全球半導體銷售額增長26.2%、達到5559億美元。世界半導體貿(mào)易統(tǒng)計（WSTS）等半導體銷售分析機構(gòu)預計，全球半導體行業(yè)銷售額將在2022年顯著增加到6180-6330億美元。

五、半導體需求驅(qū)動因素

未來十年，半導體領域的持續(xù)創(chuàng)新將催生一系列變革性技術，包括人工智能、自動駕駛和物聯(lián)網(wǎng)。事實上，半導體需求的長期增長動力已經(jīng)穩(wěn)定。半導體及其服務市場已形成真正的共生關系，正如半導體創(chuàng)新有助于進一步刺激市場需求，并打開全新市場。

半導體終端應用驅(qū)動因素反映了新冠疫情需求沖擊下的變化。2021年，幾乎所有類別的半導體終端應用銷售都出現(xiàn)了顯著增長。隨著越來越多的工作方式轉(zhuǎn)移為遠程工作和在線教育，電腦等終端應用類別的銷售額出現(xiàn)了顯著增長。其他市場，如汽車市場全年經(jīng)歷了大幅增長，最終成為半導體的第三大終端應用市場，見圖2。如前所述，2021年全球芯片銷售額達到5559億美元，銷量為1.15萬億，其中增長最快的是能夠承受高溫和其它物理挑戰(zhàn)的汽車級芯片。

圖2 2021年終端需求市場分布

六、美國半導體行業(yè)市場份額

自上世紀90年代以來，美國半導體行業(yè)一直是全球芯片銷售市場的領頭羊，每年占全球市場近50%的份額。此外，美國半導體公司在研發(fā)、設計和制造工藝技術方面保持著領先地位或高競爭力。

美國半導體公司在商業(yè)模式和半導體制造設備方面處于市場領先地位，但在一些細分領域，美國半導體行業(yè)落后于亞洲競爭對手。

總的來說，美國半導體行業(yè)在研發(fā)最密集的領域保持著領先地位：EDA和IP核、芯片設計和制造設備。然而，前端和后端制造工藝主要集中在亞洲，包括7納米尖端芯片晶圓制造、組裝、測試和封裝在內(nèi)的全球75%的產(chǎn)能集中在亞洲。另外，美國在邏輯器件、分立器件、模擬器件和光電半導體等細分產(chǎn)品方面仍然處于領先地位，而在存儲器方面落后于其他國家或地區(qū)。這些脆弱性強調(diào)了《芯片法案》投資的必要性，該法案為支持更多的本土制造提供了必要的激勵措施。

七、美國半導體技術競爭力

美國半導體行業(yè)的研發(fā)支出一直很高，反映了美國半導體市場份額的領先地位和持續(xù)創(chuàng)新之間的內(nèi)在聯(lián)系。

從2000年到2020年，美國半導體行業(yè)的研發(fā)支出以大約7.2%的復合年增長率增長。2021年，美國半導體行業(yè)的研發(fā)投資總額為502億美元。

美國半導體行業(yè)的研發(fā)占比（研發(fā)支出占銷售額的百分比）僅次于制藥和生物技術行業(yè)，位列第三。盡管全球競爭對手都在增加研發(fā)投資，以期與美國半導體行業(yè)競爭，但美國公司的研發(fā)占比高于其他任何國家的半導體行業(yè)。

圖3 美國各行業(yè)研發(fā)占比（研發(fā)支出占銷售額的百分比）及主要國家/地區(qū)半導體行業(yè)研發(fā)占比

八、美國本土勞動力和制造業(yè)

具有競爭力的本土勞動力對美國確保半導體領先地位至關重要。此外，強大的本土半導體制造業(yè)對增強美國經(jīng)濟至關重要。

在美國49個州，近27.7萬人從事半導體行業(yè)的設計、制造、測試和研發(fā)工作。2021年，美國半導體行業(yè)總共為美國提供了184萬個就業(yè)崗位，包括超過25萬個直接就業(yè)崗位、近160萬個間接就業(yè)崗位，為美國創(chuàng)造了1651億美元的收入。

2021年，美國半導體制造商約46%的前端晶圓產(chǎn)能位于本土，這一比例從2013年的57%持續(xù)下降。而美國半導體制造商的其他產(chǎn)能主要位于新加坡、中國臺灣地區(qū)、歐洲和日本。

過去十年，美國本土之外的芯片制造產(chǎn)能平均增速是美國的五倍，這主要因為各國為吸引半導體制造商而實施的強有力的激勵措施?！缎酒ò浮酚型まD(zhuǎn)這一長期下滑趨勢，使美國在全球半導體制造業(yè)增長中獲得更高的市場份額。

九、美國半導體創(chuàng)新政策展望

為了確保美國在全球半導體行業(yè)繼續(xù)保持領導地位，美國必須提升競爭力和創(chuàng)新力。

1. 投資美國半導體領導力：（1）高效、及時、透明地執(zhí)行《芯片和科學法案》中的政策和計劃。（2）在《芯片法案》中為先進制造投資信貸制定法規(guī)，以涵蓋半導體生態(tài)系統(tǒng)的全部創(chuàng)新環(huán)節(jié)。（3）采取促進創(chuàng)新和競爭力的政策，如制定半導體設計投資稅收抵免，并加強研發(fā)稅收抵免。（4）投資《芯片和科學法案》支持的研究和科學項目，保持美國的技術領先地位。

2. 增強美國的技術勞動力：（1）實施一項國家戰(zhàn)略，以適當?shù)耐顿Y為后盾，與教育行業(yè)和私營部門合作，共同改善美國教育系統(tǒng)，增加STEM人才。（2）改革美國移民政策，吸引并留住世界上最優(yōu)秀的人才。（3）提供資金保障，強化各層次半導體人才隊伍、并確保穩(wěn)定支持各級教育和技能培訓。

3. 促進自由貿(mào)易和保護知識產(chǎn)權(quán)：（1）批準和改善自由貿(mào)易協(xié)定，以消除市場壁壘，保護知識產(chǎn)權(quán)，促進公平競爭。（2）擴大信息技術協(xié)議。

4. 與志同道合的經(jīng)濟體緊密合作：與盟友調(diào)整政策和法規(guī)，以加強國家安全，促進經(jīng)濟增長、技術創(chuàng)新以及提高供應鏈彈性。

(來源： 半導體工藝與設備)